Impianti di raffrescamento ed efficienza energetica: le strategie passive per il comfort estivo

Il problema estivo

Quando sono nate le prime normative sull’efficientamento energetico in Italia, pensiamo alla Legge 373/76 ed alla Legge 10/91 il focus unico del legislatore era rivolto al contenimento dei consumi energetici nel periodo di riscaldamento. Il tema estivo era di fatto totalmente ignorato.

Solo più recentemente, in buona sostanza con il Decreto Requisiti Minimi del 2015, le leggi italiane hanno iniziato a considerare il problema dell’efficienza energetica anche nel periodo estivo.

Questo è evidentemente frutto di due evidenze strettamente correlate: da un lato la consapevolezza che il consumo estivo per il raffrescamento costituisce ormai una fetta consistente degli usi energetici nazionali, dall’altro il fatto che le temperature medie estive sono ormai evidentemente cresciute a causa del surriscaldamento globale e pertanto i consumi per il raffrescamento diventano ulteriormente importanti.

Le normative tuttavia danno ad oggi solo prescrizioni piuttosto limitate (si pensi alla riflettanza delle coperture o al fattore solare delle schermature) o comunque basate su valutazioni piuttosto approssimative del fabbisogno per il raffrescamento.

La necessità di strategie passive e loro interferenza con il comportamento invernale

È chiaro che, andando oltre ai limiti imposti dalla normativa sull’efficienza energetica, il ruolo del progettista sia quello di definire delle strategie per aumentare il comfort negli spazi abitativi senza far impennare i costi energetici ed ambientali.

In particolare si va quindi alla ricerca di quelle che definiamo “strategie passive” ovvero tutte quelle pratiche che ci consentono tramite una accorta progettazione architettonica e delle specifiche scelte tecnologiche di migliorare il comfort senza un aumentato uso degli impianti.

Le strategie passive meritano una specifica attenzione progettuale, dato che non sempre progettare per il comfort invernale garantisce benefici anche nella stagione calda, anzi spesso le due esigenze sono in contrasto. Pensiamo banalmente all’irraggiamento solare, che per il periodo invernale dovrebbe essere massimizzato, mentre in estate diventa un fattore critico di surriscaldamento.

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Il controllo del comfort all’interno di un ambiente è affidato ad impianti aventi il compito di controllare la temperatura, l’umidità e la qualità dell’aria. Alcuni impianti sono in grado di gestire contemporaneamente tutte queste caratteristiche, altri no: l’insieme di tutti questi impianti confluisce nella definizione di sistemi HVAC. Ma quali sono questi sistemi? E quali sono adattabili al settore residenziale? Vediamo di seguito di fare un po’ di chiarezza sul tema.

L’importanza dell’utilizzo della simulazione dinamica oraria

Per valutare nel modo più appropriato il comportamento estivo degli edifici è opportuno utilizzare modelli di calcolo dinamici e quindi lasciare il campo del regime semi-stazionario, per intenderci quello delle UNI TS 11300 e le verifiche di legge, per algoritmi e software più “evoluti”.

I vantaggi dei metodi dinamici rispetto ai semi-stazionari sono molteplici, citiamo i principali ad esempio:

• Migliore valutazione dell’inerzia termica dell’edificio, particolarmente importante nel periodo estivo, dato che l’onda termica giornaliera (su base oraria) è particolarmente ampia;
• Più accurata modellazione del comportamento degli utenti, come ad esempio dell’utilizzo delle schermature o dei set point dei termostati;
• Migliore modellazione dell’irraggiamento solare e degli ombreggiamenti.

Per le simulazioni svolte negli studi riassunti nel presente articolo sono stati utilizzati il motore di calcolo “Energy Plus” e l’applicazione “Open Studio”.

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I casi studio

In questo articolo sono riassunti i risultati di tre casi studi sul comfort estivo. I primi due, relativi ad immobili residenziali, sono stati analizzati nell’ambito del gruppo di ricerca “Sustainable Construction” dell’associazione Eurhonet. Può sembrare curioso che un gruppo composto in prevalenza da aziende del centro/nord Europa dedichi tempo e risorse all’approfondimento di un tema che, fino a poco tempo fa, era di interesse quasi esclusivo delle nazioni mediterranee.

La ragione dell’interesse è che, a causa del riscaldamento globale, il tema del confort estivo è sempre più sentito anche in queste aree geografiche. Il problema è inoltre aggravato dal fatto che la quasi totalità degli alloggi di housing sociale nelle aree di provenienza dei membri di Eurhonet sono sprovvisti di impianti di raffrescamento.

Eurhonet è un’associazione di aziende operanti nel settore del social housing provenienti da 5 nazioni europee.

Anche per questa ragione si è deciso di svolgere le valutazioni di seguito illustrate in regime di “free run” ovvero in assenza di climatizzazione estiva. Le valutazioni sono state svolte nel clima del nord Italia in modo da poter tener conto di condizioni estive particolarmente gravose rispetto al resto d’Europa e allo stesso tempo avere necessità di importanti isolamento termico per il periodo invernale.

Il terzo case study è invece riferito allo studio di un sistema di schermature per un edificio adibito ad uso uffici, all’interno di un tipico capannone prefabbricato.

Descrizione case study 1: edificio a torre a Treviso

Il primo studio di cui si illustrano i risultati ha riguardato un edificio residenziale a torre degli anni ’70 di proprietà dell’ATER Treviso. Per l’edificio era già stato precedentemente definito un progetto di riqualificazione energetica orientato esclusivamente alla riduzione dei consumi invernali. Lo studio mirava a verificare le possibilità di miglioramento del progetto in un’ottica di comfort estivo.

L’edificio esistente ha un telaio in calcestruzzo armato, con pareti coibentate con 2 cm di isolante (EPS) in intercapedine, serramenti a vetro singolo, tapparelle ed è privo di sistemi meccanici di ventilazione.

Il progetto originale prevedeva l'installazione di un sistema a cappotto dello spessore di 16 cm, nuovi serramenti a doppia camera e l’installazione di VMC con recupero calore con portata di progetto 0.5 vol/h.

Per valutare gli effetti del progetto sul comportamento estivo è stato selezionato un alloggio campione ed è stato analizzato l’andamento delle temperature, in assenza di climatizzazione, durante una settimana critica nel mese di luglio.

Per le valutazioni del comfort si è utilizzato il parametro della temperatura operante unitamente ad un modello adattivo, che definisce un intervallo di comfort in funzione della temperatura esterna. Sono state quindi considerate come ricadenti nell’area di comfort le ore la cui temperatura era compresa nell’intervallo 17.8 + (0,31 T_esterna) +- 2°C

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Nel pdf è presente:

• Risultati case study 1: i fattori più importanti per il comfort estivo
• Descrizione case study 2: studio delle contropareti isolate
• Risultati case study 2
• Case study 3: ottimizzazione delle schermature
• L’attendibilità dei dati di input